Etude d’éclairage : possibilités et performances

Concernant l’éclairage, la performance d’un luminaire peut être déclinée en deux grands thèmes, le confort et la performance énergétique. Mais, s’il est important d’analyser le luminaire en lui-même (pour comparaison par rapport aux luminaires de même catégorie), il est capital d’examiner le luminaire dans son milieu : en effet, les luminaires sont étudiés pour une application donnée et certains peuvent être très performants pour telle ou telle utilisation mais inappropriés pour d’autres.

Pour les performances d’un luminaire pris isolément (qui n’est donc pas en situation), → voir le chapitre dédié.

Confort

L’ergonomie et le confort d’éclairement jouent un rôle capital dans l’éclairage des bâtiments : il s’agit d’un paramètre essentiel aux choix des luminaires, → voir les projets d’éclairage.

Les concepts principaux intervenant dans le confort sont, en fonction des tâches visuelles :
– l’éclairement moyen à maintenir (calculable grâce à une étude d’éclairage comme ci-dessous),
– l’uniformité d’éclairement (calculable grâce à une étude d’éclairage comme ci-dessous),
– le rendu des couleurs (voir IRC),
– l’éblouissement (voir UGR, calculable grâce à une étude d’éclairage comme ci-dessous),
– les contrastes.

Toutes ces notions sont traitées de manière exhaustive dans la norme d’éclairage intérieur (NF EN 12 464 -1).

La norme NF X 35-103 (Ergonomie, principes d’ergonomies visuelle applicable à l’éclairage des lieux de travail) quant à elle reprend la norme d’éclairage intérieur en prenant en compte trois spécificités :
–  Opérateur âgé de plus de 45 ans : la performance visuelle s’altère avec l’âge. Aussi convient-il, en présence d’opérateurs âgés de plus de 45 ans, d’augmenter le niveau d’éclairement pour leur permettre de mieux percevoir les détails
–  Tâche visuelle : les détails sont de petites dimensions, les contrastes de luminance de la tâche visuelle sont particulièrement faibles et la tâche est exécutée sur une longue durée
–  Situation à risque : possibilité d’erreur liée à une mauvaise perception visuelle susceptible d’avoir des conséquences graves en termes d’accidentologie, de qualité du produit et de coût.

Performance énergétique

La puissance installée et la consommation énergétique due à l’éclairage peuvent être calculées facilement en insérant des luminaires dans une pièce grâce à une simulation informatique avec des logiciels appropriés.

Ces études peuvent être de deux types :
– Puissance installée (étude statique) : les luminaires sont insérés dans une pièce et il est possible de calculer l’éclairement sur une surface définie en fonction des luminaires installés, ce qui donne la puissance installée pour l’éclairage qui est un premier indicateur d’efficacité énergétique.
– Energie consommée (étude dynamique) : cette étude reprend l’étude statique précédente mais en la complétant par la prise en compte de la lumière naturelle (et donc de la gradation) et de la présence, voir la NF EN 15 193

Voir la page dédiée pour les différents modes opératoires et ci-dessous les détails et une synthèse comparative entre les deux types d’étude.

Etude statique (étude en puissance)

A partir des données de base des luminaires (la puissance lumineuse assignée ainsi que la répartition du flux lumineux – voir courbe photométrique – modélisée dans l’espace par un goniophotomètre), un calcul est effectué en insérant ces luminaires dans une pièce dont les paramètres géométriques, photométriques et d’empoussièrement ont été rentrés, voir le mode opératoire.

Illustration

Les résultats peuvent être donnés sous la forme ci-dessous avec notamment un premier indicateur de performance énergétique qui correspond à la puissance installée par mètre carré pour 100 lx.

DIALUX statique

A noter

L’énergie correspond à la puissance multipliée par le facteur temps E=P*t

Etude dynamique (étude en énergie)

Mais cette simulation statique ne peut pas prendre en compte la lumière naturelle et les économies d’énergie qui en découlent (avec par exemple des détecteurs de luminosité qui permettent de baisser automatiquement le flux des luminaires). En effet, la méthode précédente calcule une puissance installée mais les variations temporelles de consommation énergétique ne sont pas prises en compte.

Important

Avec l’approche statique, l’énergie consommée ne pourra  être calculée qu’en multipliant la puissance installée par un temps de présence.
Avec l’approche dynamique, l’énergie consommée est calculée en temps réel et peut être sommée sur une période de temps donnée (mois ou année par exemple).

Afin d’avoir ces valeurs, il est nécessaire de procéder à des calculs plus complexes prenant en compte notamment (voir mode opératoire) :
– la position (qui détermine un ciel « standard », voir ciel couvert) et l’orientation du bâtiment
– la présence
– le type de détection
– la gradation

Il est ainsi possible de calculer le LENI (Lighting Energy Numeric Indicator) qui correspond à la consommation énergétique du bâtiment pour l’éclairage (y compris la consommation de veille pour la gradation et l’éclairage de secours). Sa valeur est donnée en kWh/an/m².

Voir la page dédiée pour le mode opératoire.

Illustration

Une fois tous ces éléments paramétrés, il est possible d’avoir une modélisation précise qui produit des résultats comme ceux ci-dessous :

DIALUX dynamique veille et secours

Dans cet exemple la consommation énergétique diminue en été (la plus faible valeur est au mois de juin car cette étude a été réalisée dans l’hémisphère nord où le mois de juin possède les journées les plus longues) car c’est la période où l’apport de lumière naturelle est le plus important.

Les différences d’un mois à l’autre varient suivant de nombreux paramètres comme :
– l’architecture du bâtiment
– l’environnement du bâtiment
– la présence et les caractéristiques des fenêtres, baies vitrées, lanterneaux pour l’apport de lumière naturelle (qui influencent le facteur de lumière du jour)
– le type d’utilisation et la présence
– la gestion de la gradation et le type de détection
– la performance des luminaires….

Comparaison entre étude statique et dynamique

Voici un tableau synthétique des caractéristiques des deux études :

Etude statique Etude dynamique
(LENI)
Mesure Puissance installée Energie consommée
Unité

W/m²/100lux

kWh/an/m²

Luminaire, prise en compte de :  
Caractéristiques des sources  oui  oui
Caractéristiques optiques  oui  oui
Système d’allumage non  oui
Gradation non oui
Consommation de veille non oui
Luminaires de secours non oui
Bâtiment, prise en compte de :  
Géométrie oui oui
Caractéristiques photométriques
(coefficients de réflexion et de transmission)
oui oui
Maintenance (facteur de maintenance) oui oui
Lumière naturelle non oui
Position sur la terre (latitude, longitude) non oui
Orientation (nord, sud, est, ouest) non oui
Utilisation/présence non oui
Normes et règlements  
NF EN 12464-1 – Eclairage intérieur oui oui
RT 2012 non oui
NF EN 15193 – Performance énergétique des bâtiments non oui
Calculs  
Éclairement oui oui
Uniformité d’éclairement oui oui
UGR oui oui
Puissance installée oui oui
Consommation annuelle (LENI) non oui

Mesures

Toutes ces modélisations peuvent être vérifiées sur le terrain grâce à un certain nombre d’appareils de mesure comme un luxmètre, un luminancemètre, un ampèremètre ou un compteur électrique.

Important

Attention, le calibrage des appareils de mesure est capital pour avoir des résultats valables, notamment en ce qui concerne les luxmètres et les luminancemètres dont les résultats peuvent varier suivant le type de source mesuré (incandescence, fluorescence, LED…).

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